14 Schwerpunkt:
14 Schwerpunkt: Wiederverwendung Kompl. Schermodul [Pa] Phasenwinkel [°] 1,0E+09 1,0E+08 1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 Bindemittel aus AG Decke Bindemittel aus AG Decke + 3 M.-% Rejuvenator Bindemittel aus AG Decke + 6 M.-% Rejuvenator Referenzbereiche 50/70 1,0E+00 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Temperatur [°C] 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 wurde sowohl für die Asphaltdeck- als auch für die Asphalttragschicht ein Zugabeanteil von 6 M.-% gewählt. Bei dieser Zugabemenge entspricht der Erweichungspunkt Ring und Kugel zwar noch einem Bitumen der Sorte 30/45, jedoch liegt der komplexe Schermodul im Gebrauchstemperaturbereich im Referenzbereich von frischen Straßenbaubitumen der Sorte 50/70. Dies bestätigen die Äquisteifigkeitstemperatur bei einem komplexen Schermodul von 15 kPa und der zugehörige Phasenwinkel (übliche Werte bei einem 50/70 T (G* = 15 kPa): 47 bis 53 °C, zugehöriger Phasenwinkel δ (G* = 15 kPa) = 76° bis 86° (Radenberg, Flottmann et al. 2017)). Bei -10 °C ist die Bindemittelsteifigkeit etwas geringer als bei einem Straßenbaubitumen der Sorte 50/70 üblich. Beim Phasenwinkel und somit dem Verhältnis von Abbildung 2: Komplexer Schermodul des Bindemittels aus Asphaltgranulat Asphaltdecke ohne sowie mit 3 M.-% und 6 M.-% Rejuvenator im Temperaturbereich -10 bis 150 °C. Bindemittel aus AG Decke Bindemittel aus AG Decke + 3 M.-% Rejuvenator Bindemittel aus AG Decke + 6 M.-% Rejuvenator Referenzbereiche 50/70 0,0 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Temperatur [°C] Abbildung 3: Phasenwinkel des Bindemittels aus Asphaltgranulat Asphaltdecke ohne sowie mit 3 M.-% und 6 M.-% Rejuvenator im Temperaturbereich -10 bis 150 °C viskosen und elastischen Anteilen liegen die Werte im Gebrauchstemperaturbereich von 30 °C und 60 °C unter den Referenzbereichen (geringe viskose Steifigkeitsanteile). Im kalten Temperaturbereich hingegen weisen die Bindemittelgemische mit 6,0 M.-% sogar höhere viskose Anteile auf, d. h. einen höheren Phasenwinkel, als die im Rahmen des AiF-Projektes (IGF-Vorhaben 16639 N/1) gemessenen Phasenwinkel für frische Straßenbaubitumen der Sorte 50/70. Dies ist ein Hinweis auf ein möglicherweise positives Materialverhalten bei niedrigen Temperaturen, da nach aktuellem Kenntnisstand ein hoher komplexer Schermodul und ein niedriger Phasenwinkel und somit elastisches Materialverhalten sich positiv auf die Verformungsbeständigkeit auswirken, was insbesondere bei hohen Temperaturen ausschlaggebend ist, wohingegen ein niedriger komplexer Schermodul und ein hoher Phasenwinkel auf ein gutes Relaxationsverhalten hindeuten, was wiederum im kalten Temperaturbereich von großer Bedeutung ist. Weiterhin wurde eine Alterungsprognose für die Bindemittelgemische mit der ausgewählten Zugabemenge erstellt. Hierzu wurden die Bindemittelgemische kurzzeitgealtert mit dem Verfahren RTFOT nach DIN EN 12607-1 und langzeitgealtert mit dem Verfahren PAV nach DIN EN 14769 (85 °C, 65 h). Die Erweichungspunkte vor und nach der Kurz- und Langzeitalterung sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die Ergebnisse der DSR-Untersuchung sind in Abbildung 4 in Form des Black-Diagramms dargestellt. Während die Ergebnisse des Erweichungspunkts Ring und Kugel auf eine höhere Alterungsbeständigkeit der Variante mit dem Asphaltgranulat Tragschicht schließen lassen, zeigt die Äquisteifigkeitstemperatur T (G* = 15 kPa) ein vergleichbares Alterungsverhalten der beiden Varianten. Die Darstellung des Black-Diagramms (Abbildung 4) zeigt, dass durch die Zugabe des Rejuvenators eine Verdünnung des Bindemittels aus Asphaltgranulat erreicht wird, der Einfluss auf die viskosen und elastischen Anteile im Bindemittel jedoch eher gering ist. Durch die Alterung wird die Bindemittelsteifigkeit erhöht, der Ursprungszustand der Asphaltgranulate wird jedoch nicht wieder erreicht. Die viskosen Anteile werden durch die Alterung weiter reduziert. Neben den Bindemitteluntersuchungen wurden der Einfluss der Zugabemenge von Asphaltgranulat und der Einfluss des Rejuvenators auf die Asphaltsteifigkeiten bei einer Asphaltdeck- und Asphalttragschichtvariante (AC 11 D N und AC 22 T N) untersucht. Die Steifigkeiten wurden mit dem Spaltzug-Schwellversuch nach AL Sp-Asphalt 09 bei -10 °C, 0 °C, 10 °C und 20 °C ermittelt. Die Asphaltmischgutzusammensetzungen und -eigenschaften sind in Tabelle 3 aufgeführt. Die Temperatur-Steifigkeitsfunktionen sind vergleichend in Abbildung 5 dargestellt. Die Zugabeanteile der Asphaltgranulate bei der Asphaltdeck- und Asphalttragschicht der Referenzvariante wurden so gewählt, dass diese einen vergleichbaren resultierenden Erweichungspunkt Ring und 2|2018
Schwerpunkt: Wiederverwendung 15 Kugel zu den Varianten mit Rejuvenator aufweisen. Das resultierende Bindemittel entspricht bei der Asphaltdeckschicht einem Bindemittel der Sorte 50/70 und bei der Asphalttragschicht einem 30/45. Als Frischbitumen wurde bei allen Varianten ein Straßenbaubitumen der Sorte 50/70 zugegeben. Bei der Asphalttragschicht und Asphaltdeckschicht ergaben sich somit für die Referenzvarianten maximal mögliche Anteile an Asphaltgranulat von nur 20 M.-%. Die Eigenschaften der Bindemittelgemische wurden an extrahierten Teilproben der Labor-Asphaltmischungen untersucht. Die in Tabelle 4 zusammengefassten Äquisteifigkeitstemperaturen und zugehörigen Phasenwinkel wurden dazu bestimmt. Die Steifigkeiten der Varianten mit Rejuvenatoren sind außer bei der Asphaltdeckschicht im Tieftemperaturbereich (-10 und -20 °C) geringer als die der Referenzvarianten. Die Werte für -20 °C und > 20 °C wurden extrapoliert und sind in Abbildung 5 grau hinterlegt. Die geringere Äquisteifigkeitstemperatur des Bindemittels der Variante AC 11 D N im Vergleich zur Referenz kann eine Erklärung für die geringeren Asphaltsteifigkeiten sein, bei der Asphalttragschicht weichen die Asphaltsteifigkeiten trotz vergleichbarer Bindemittelsteifigkeit deutlich ab. Eine Ursache für die geringere Äquisteifigkeitstemperatur des Bindemittels der Variante AC 11 D N sind möglicherweise Schwankungen im Asphaltgranulat. Erprobungsstrecke Die Erprobungsstrecke wurde Ende 2016 in Nordrhein-Westfalen eingebaut. Dabei wurde nicht auf die Erstprüfungen aus den Voruntersuchungen (siehe Abschnitt 2) zurückgegriffen, sondern eine bestehende Erstprüfung der Asphaltmischanlage mit 50 M.-% Asphaltgranulat verwendet. Zudem wurden zwei Varianten mit dem biobasierten Rejuvenator eingebaut, bei denen der Asphaltgranulatanteil auf 70 M.-% erhöht wurde und 4,0.-M.% und 7,5.-M.% Rejuvenator, auf den Bindemittelgehalt im Asphaltgranulat bezogen, zugegeben wurden. Das resultierende Bin- Komplexer Schermodul [Pa] 1,0E+09 1,0E+08 1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 Bindemittel aus AG Decke Bindemittel aus AG Tragschicht Bindemittel aus AG Decke + 6 M.-% Rejuvenator Bindemittel aus AG Decke + 6 M.-% Rejuvenator gealtert Bindemittel aus AG Tragschicht + 6 M.-% Rejuvenator Bindemittel aus AG Tragschicht + 6 M.-% Rejuvenator gealtert 1,0E+00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Phasenwinkel [°] Abbildung 4: Black-Diagramm zur Alterungsprognose der Bindemittelgemische Steifigkeitsmodul [MPa] 40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 Temperatur-Steifigkeitsfunktion 10 Hz AC 22 T N Referenz AC 22 T N mit Rejuvenator AC 11 D N Referenz AC 11 D N mit Rejuvenator 0 -20 -10 0 10 20 30 40 50 Temperatur [°C] Abbildung 5: Temperatur-Steifigkeitsfunktion bei 10 Hz AC 11 D N und AC 22 T N Variante Erweichungspunkt Ring und Kugel Äquisteifigkeitstemperatur T (G* = 15 kPa) Zugehöriger Phasenwinkel δ (G* = 15 kPa) vor Alterung nach Alterung Δ vor Alterung nach Alterung Δ vor Alterung nach Alterung Δ [°C] [°] Bindemittel AG Decke + 6 M.-% Rejuvenator Bindemittel AG Tragschicht + 6 M.-% Rejuvenator 56,4 66,1 9,7 51,4 58,8 7,4 71,9 70,5 -1,4 58 64,6 6,6 53,8 61,7 7,9 74,7 73,4 -1,3 Tabelle 2: Erweichungspunkt Ring und Kugel sowie Äquisteifigkeitstemperatur und zugehöriger Phasenwinkel vor und nach Alterung 2|2018
